化工流程粗物料衡算的计算方法之二——有约束问题的物料衡算

本文提出一种有约束问题的流程物料衡算新方法。算法利用基本单元模型方程的线性本质以及流程物料衡算方程主体的稀疏结构特征,把对有约束部分的求解,从整个系统范围内分解到仅与约束条件以及与待定参数的单元模型直接有关的物流变量的关系式中来。对这部份方程的求解构成了本文对有约束问题的物料衡算的计算基础。与Sood法相比,本文的算法不必对系统的方程进行重复的计算。     

多引力场小推力引力借力轨道设计与优化

采用序贯法设计优化小推力引力借力轨道(low-thrust gravity-assist,LTGA)时,设计步骤复杂且优化结果最优性条件难以保证.本文提出一种多引力场LTGA问题联立求解框架.首先对多引力场环境和探测器动力学模型进行统一描述和处理.设计初始化策略,利用Radau伪谱法将发射窗口、借力顺序、初始轨道搜索以及轨道优化联立求解,简化设计步骤.利用hp自适应网格精细化策略保证优化结果最优性条件.该联立框架用于求解地木转移任务,得到地球–火星–地球–木星的转移方案.本文提出的联立求解框架,简化了设计步骤,保证了优化结果的最优性条件,得到比序贯求解更优的转移方案.     

联立模块法模拟尿素流程

将联立模块法成功地应用于尿素流程的模拟分析，着重讨论了尿素装置单元模块简化模型的建立与求解方法。在求解用Ｐ矩阵表达的各单元模块的简化模型时，本文提出的方法只需联立求解几个基本混合点的物流，其它的物流即可串联地解出。     

MATLAB并流多效蒸发过程的模拟

并流多效蒸发作为化学工业中常用的操作过程,蒸汽的消耗量、各效溶剂蒸发量、各效蒸发器的传热面积等需要计算的参数,是并流多效蒸发操作和设计的主要依据,因此对多效并流蒸发过程的模拟具有重要的意义。而已知的多效并流蒸发模拟计算的数学模型,常因模型中存在过多的近似简化或模型求解算法太复杂,造成模型的精确性低、可操作性差。联立多效蒸发系统的物料恒算方程、热量恒算方程、传热速率方程、汽液相温度平衡方程及热力学数据方程,建立了多效蒸发设计计算的数学模型,模型思路简单,推导严密,系统性强。提出了非线性方程组的MATLAB工具箱函数解法,并分析了1个三效蒸发实例,计算结果表明该方法方便快捷,收敛性好,该模型及其求解方法值得推广使用。     

含不可控变迁的Petri网监控器设计

在基于Petri网建模的含不可控事件的离散事件系统监控器设计中,当给定的控制目标为Parikh矢量约束时,提出通过转换矩阵R将不可控变迁导致的非法不等式约束变换为允许约束,并求得相应监控器.构造矩阵方程求解R,通过矩阵方程的相容性判断R的存在性,并给出利用广义逆矩阵求解R的算法,得到对应的允许约束和监控器.同时提出代价函数,用于寻找控制观测代价最小的监控器.最后通过实例验证了该算法的正确性和有效性.     

乙苯催化脱氢制苯乙烯生产过程的机理建模及优化

为针对乙苯脱氢过程实施先进控制及优化技术, 基于反应动力学、物料衡算、能量守恒原理及Ergun方程, 通过求解微分方程组建立乙苯脱氢绝热负压径向反应器的机理模型, 可有效预测未来系统的生产状况. 在所建立的机理模型基础上, 根据实际生产状况建立了所需的约束条件及优化条件, 利用工程应用较多的多变量复合形约束算法实现了过程生产的在线优化. 通过改变各个操作条件明确了它们对脱氢生产的影响规律, 为后续先进控制与优化项目的实施奠定了基础.     

面向对象的加成聚合反应动力学模拟系统

聚合反应工程建模中,多以机理建模为主。因此,在聚合过程中的计算机辅助设计软件中,对动力学的模拟就尤为重要。本文用面向对象的设计思想,提出了符合CAPE-OPEN技术标准的加成聚合反应动力学模拟系统的思路,并用C++给出了其实现。该软件能动态生成物料衡算方程和矩方程,并将模型与求解器分开,具有良好的开放性。该系统既适用于专业用户,又适用于没有计算机建模背景的人员使用。     

面向对象的加成聚合反应动力学模拟系统

聚合反应工程建模中，多以机理建模为主。因此，在聚合过程中的计算机辅助设计软件中，对动力学的模拟就尤为重要。本文用面向对象的设计思想，提出了符合CAPE-OPEN技术标准的加成聚合反应动力学模拟系统的思路，并用C 给出了其实现。该软件能动态生成物料衡算方程和矩力方程，并将模型与求解器分开，具有良好的开放性。该系统既适用于专业用户，又适用于没有计算机建模背景的人员使用。     

耦合压力与温度修正算法对流体流场数值仿真

深入研究了目前流体流场的数值仿真问题,由于流体流场中可能存在着马赫数变化很大的流动情形,通常的方法不能较好地计算出准确的结果,因此找出一种能计算任意马赫数流动的算法是非常必要的.使用了一种耦合压力与温度修正算法求解Navier-Stokes方程.是通过连续方程和能量方程推得压力修正值与温度修正值的方程,并将压力修正值方程与温度修正值方程联立求解,而其它求解变量采用分离式求解的思想,求解中对流项差分格式采用了AUSM 格式,并在低马赫数时进行了改进.通过对喷管和圆弧凸包的数值仿真,较好地反映出了流场中的激波现象,计算表明方法能适应任意马赫数范围的流体流动,并且具有一致的计算精度.     

甲醇低压羰基化制醋酸反应器仿真

在甲醇低压羰基化制醋酸反应器内,化学反应与流体力学状况非常复杂.因此,反应器机理模型的建立是开发全流程仿真机过程中必须解决的问题.文中对甲醇低压羰基化制醋酸反应机理与动力学进行j,深入研究,通过合理的简化假设以及物料衡算、热量衡算建立了醋酸反应器的机理模型.合理的简化假设极大地提高了模型求解的速度,满足了实时动态仿真的要求.仿真结果表明,达到稳态时的结果能很好地逼近实际值,动态过程也能很好地反映实际过程的变化趋势,并能对非正常工况进行仿真.该模型对醋酸反应器动态特性与控制方式的研究以及全流程仿真机的开发具有重要意义.该模型已成功应用于某化工厂的醋酸反应器全流程仿真机,取得了满意效果.     

Logistic阻滞增长模型的计算机模拟

将Logistic阻滞增长模型的差分形式进行简化,对Logistic模型的简化差分形式进行迭代求解,做出了随固有增长率r的变化,序列狖yk狚收敛、2倍周期、4倍周期……直至一片混乱的图形。以参数b为横坐标、序列狖yk狚的收敛点为纵坐标,用MATLAB数学软件模拟展示了这一简单差分方程从收敛、分叉、2n倍周期收敛进入混沌现象的过程。     

基于变关联分析的复杂产品设计模型简化

针对复杂产品设计模型中设计变量与设计目标间关联关系复杂且存在变关联关系的问题,提出一种基于变关联的模型简化方法.该方法根据敏感度分析和信息熵理论将设计变量划分为强关联变量、弱关联变量和变关联变量,将弱关联变量简化后的设计模型分解为层次模型;在层次模型的每个计算步求解中,根据关联矩阵法计算变关联变量与设计目标的变关联强度,若为强关联则计算该变关联变量,若为弱关联则简化该变关联变量.最后以换热器结构优化设计为例,验证了文中方法的有效性.     

两相图像变分分割凸松弛模型快速算法

主要研究两相图像分割凸模型的三类快速数值算法.首先,分别针对无约束和有约束的图像分割凸模型分别提出相应的具有O(1/k)阶收敛速率的梯度投影算法,并结合快速迭代收缩算法的加速收敛策略,将所提出的梯度投影算法的收敛速率从O(1/k)阶提高到O(1/k2)阶;其次,基于分块协调下降的思想,对无约束的图像分割凸模型采用Newton法求解,该算法不仅是单调下降的,而且具有二阶收敛性;然后,根据交互式迭代算法的思想,在约束模型的Fenchel原始-对偶形式的基础上,提出了一种通过原始变量和对偶变量交互式混合迭代求解的算法,所提出的算法在求解过程中避免了梯度算子和散度算子作用于未知变量,使得迭代形式更简单;最后,仿真实验表明了这3类算法的有效性和在收敛速率上的优势.     

参数域边界平直化的模型表面参数化方法

为了支持简化模型纹理边界、满足模型简化中纹理映射需求,提出了一种参数域边界平直化的模型表面参数化方法.给出了由变换能量、防翻转能量和稀疏能量组成的能量方程.求解时引入辅助变量并求得近似解.实验中分别使用文中方法和已有参数化方法进行比较.在使用缺省参数情况下,文中方法面积和角度扭曲都处于合理范围.将不同参数化方法得到的带纹理模型简化到相同简化率.从简化误差数值和简化后视觉效果进行定量定性分析,都证实了文中方法更具优越性.进一步可以将其应用到游戏、航空等领域.     

反应精馏过程模拟与参数的影响

反应精馏平衡级模型方程反应项引入可变参数λ ;模型求解将变量分内、中、外三层迭代 ,计算结果表明算法易收敛、准确性较高、初值易给定。以乙醇乙酸酯化反应精馏过程为例 ,就过程参数对反应精馏的影响进行了计算。     

一种新的非线性规划神经网络模型

提出一种新型的求解非线性规划问题的神经网络模型.该模型由变量神经元、Lagrange 乘子神经元和Kuhn-Tucker乘子神经元相互连接构成.通过将Kuhn-Tucker乘子神经元限 制在单边饱和工作方式,使得在处理非线性规划问题中不等式约束时不需要引入松弛变量,避 免了由于引入松弛变量而造成神经元数目的增加,有利于神经网络的硬件实现和提高神经网 络的收敛速度.可以证明,在适当的条件下,文中提出的神经网络模型的状态轨迹收敛到与非 线性规划问题的最优解相对应的平衡点.     

对角CARIMA模型多变量广义预测控制器系数直接算法

为了简化多变量广义预测控制MGPC 的设计与实现,提出了对角CARIMA (Controlled autoregressive integrated moving average) 模型MGPC 控制器系数的直接求解方法. 利用多变量对角CARIMA 模型直接递推得到了非常简洁的 MGPC 控制器，控制增量等于控制器系数与设定值、过程输入输出历史数据、模型预测误差历史数据的乘积，控制器系数只与模型参数和设计参数有关，控制器系数维数只由模型结构参数决定. 避免了Diophantine 方程的求解，减少了在线计算量，简化了MGPC 控制器的实现. 在一个DCS 控制的非线性液位装置上的对比实验结果表明了该方法的有效性.     

离散时间Itˆo 型跳变系统Lyapunov 方程的有限次迭代求解算法

针对离散时间Itˆo 型马尔科夫跳变系统Lyapunov 方程的求解给出一种迭代算法. 经证明, 在误差允许的范围内, 该算法可以在确定的有限次数内收敛到系统的精确解, 收敛速度较快, 具有良好的数值稳定性, 并且该算法为显式迭代, 可避免迭代过程中求解其他矩阵方程对结果精度产生的影响. 最后通过一个数值算例对该算法的有效性进行了验证.

     

建立固定床多级薄层热风干燥通用模型及应用

研究固定床多级热风干燥过程,在薄层干燥理论基础上建立该干燥过程的数学模型:包括静态模型和动态模型。前者包括物料平衡、热量平衡和连续方程;后者包括干燥速率方程,二者联立求解可得各级物料的水含量和温度、各级热风的流通量、温度及湿度。实例表明,该模型具有一定的通用性,可用于指导工业实践,其中准确模拟热风通量可指导工业的节能改造。     

复杂精馏塔系统的数学模型及其数值解

本文提出了一个复杂塔系统的数学模型,由于这类系统存在着相互复杂的连接3,它不同于通常的复杂精餾塔,在物料和能量平衡的系数矩阵中出现了偏离三对角的元素。本文采用了Browne的基本求解方法,即用Newfon-Raphson法使全部方程线性化并采用全部变量迭代。因此,必须采用稀疏矩阵技术。本文采用矩阵逆的消去形式和乘积形式来保持求解过程的稀疏性,以便有效地使用内存。同时也提出了两个收敛判别准则以改善问题的收敛性。